Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 2 21

препятствовать передаче этих усилий на поршень сервомотора,

чтобы давление масла под поршнем сервомотора не могло

подниматься выше допустимого по прочности корпуса

сервомотора.

Амортизаторы в турбинах ЛМЗ выполнялись в виде

предварительно сжатого до определённого усилия пакета

плоских пружин; пружины имели напряжённый режим работы и

ломались, требовался их периодический контроль. Вместо

амортизатора применяли также предохранительные клапаны на

давлении масла под поршнем сервомотора, но это требовало

разборки сервомотора для осмотра предохранительного клапана

или изменения его настройки.

Имелись определённые трудности также в испытании

стопорных клапанов под нагрузкой, т.к. для открытия стопорного

клапана после его закрытия требовалось создавать специальные

режимы или проектировать специальные перемычки на

паропроводах.

Опыт эксплуатации новых регулирующих клапанов

позволил применить к стопорным клапанам тот же подход при

проектировании, что и к регулирующим клапанам. Применение

разгруженных стопорных клапанов позволяет отказаться от

амортизаторов, упростить процедуру испытаний стопорных

клапанов полным закрытием во время работы, а также

упростить выполнение необходимых для этого перемычек на

паропроводах.

В стопорном клапане, который всегда полностью открыт,

проще достигается исключение протечек пара по штоку во

время работы. Это обеспечивается запиранием зазора между

штоком и буксой пояском на штоке, при этом нельзя

превосходить предельной величины контактных напряжений на

22 Глава 2

этом пояске (порядка 500 кг/см

), которые могли бы привести

во время длительной работы к сварке штока с буксой по этому

пояску под действием выталкивающей силы пара, действующей

на шток. Обычно, это проявлялось в виде зависания клапана в

открытом положении при медленном закрытии системы

регулирования под нагрузкой без предварительного сраба-

тывания защиты. При увеличении площади контакта, однако,

нельзя допускать существенного увеличения выталкивающей

силы, для чего часть контактной площади пояска, при

необходимости, должна быть "подорвана" поперечными

пропилами.

В стопорном клапане обычно выполняют паровое сито,

которое тоже может быть источником аварийной ситуации. Сито

не должно сминаться и препятствовать перемещению клапана

при повышении перепада давления на сите из-за забивания или

закатывания отверстий в нём сварочным гратом, который

может остаться в паропроводе после ремонта поверхностей

нагрева котла. Перепад давления на сите должен контро-

лироваться.

2.3. Экономичность клапанов

Экономичность клапанов лучше всего сравнивать при

полном открытии клапанов, т.к. различие в характеристиках на

частичном открытии отражается только на различии в подъёме

клапана в зависимости от управляющего сигнала. На рис. 2.5

приведены результаты обработки экспериментальных

характеристик клапанов разных типов, применявшихся в

практике ЛМЗ при полном открытии клапанов [К8]. Исполь-

зовны результаты испытаний клапанов, проведенные по одной

методике на одной и той же установке. Было установлено, что

при скоростях 80... 100 м/с, рассчитанных по площади,

Глава 2 23

соответствующей номинальному диаметру клапана, его

коэффициент сопротивления ζ оценивается величиной:

0,9 - для клапанов типа Вентури, ОРП-85;

0,6 - для обтекаемых клапанов, подрезанных по

посадочному диаметру (различные варианты);

Рис. 2.5. Коэффициент сопротивления ζ клапанов ЛМЗ разных

типов (седло выполнено с буртом, чашка — с выступом)

при условии h/D = 0,3, p = 13МПа, t = 540°С:

1 - клапан с профилированной чашкой;

2 - клапан типа Вентури, подрезанный Δ/h/D = 0,067 ( Δh - размер

после подрезки ниже плоскости номинального диаметра);

3 - клапан с "обтекаемой" чашкой;

4 - клапан типа Вентури, подрезанный Δh/D = 0,025;

5 - клапан типа ОРП-85;

6 - клапан типа Вентури, подрезанный Δh/D = 0,153;

7 - клапан с профилированной чашкой (седло выполнено без бурта,

чашка - с выступом);

* - результаты расчётов для клапанов 1 и 7, полученные в [К9]

24 Глава 2

0,5 - для клапанов с профилированной чашкой, если же

улучшить условия входа пара в клапан и применить седло без

входного бурта с упором самого седла в корпус нижним торцем

(такое седло показано на рис. 2.2), что способствует лучшему

течению пара, то для клапана с профилированной чашкой

коэффициент сопротивления может быть уменьшен до 0,4. Такой

коэффициент сопротивления для клапанов ЦВД на 240 ата

соответствует потере давления порядка 0,6%. Указанный коэф-

фициент сопротивления подтверждается также матема-

тическим моделированием процесса течения пара при

полностью открытом клапане [К9].

Таким образом, применение клапана с профилированной

чашкой и улучшенным седлом позволило получить весьма

экономичный и надёжный клапан, одинаково пригодный для

применения в качестве как регулирующего, так и стопорного

клапана. Поэтому такой клапан нашёл широкое применение в

новых проектах. При этом для минимизации потерь давления

целесообразно не превышать скорость пара по номинальному

диаметру 80 м/с.

С учётом того, что по сравнению с применявшимися

ранее клапанами сопротивление новых клапанов снижено в

1,5...2 раза (или более при возможности увеличения посадоч-

ного диаметра клапана), такая модернизация клапанов также

представляется перспективной.

2.4. Динамика закрытия клапанов

разгруженного типа

Во многих случаях время закрытия клапанов серво-

моторами из положения полного открытия до нуля должно

составлять 0,1...0,2 с.

Глава 2 _________________________________________________25

Движение на закрытие происходит под действием усилия

пружины сервомотора и усилия от перепада давления до и после

клапана, действующего на неразгруженную площадь клапана.

Этот перепад давления во время движения на закрытие вначале

очень мал. Поэтому при таком быстром движении могло бы

происходить некоторое падение давления внутри камеры

разгрузки из-за недостаточного подвода пара внутрь этой

камеры и возникновение усилия, противодействующего усилию

на закрытие и торможению закрытия клапана.

Подвод пара внутрь чашки может производиться по

зазору между чашкой клапана и буксой, но только, если не

установлены поршневые кольца. По зазору же между штоком

и буксой может производиться подвод или отвод пара в

зависимости от конструкции. В турбинах послевоенной серии в

клапанах разгруженного типа были поршневые кольца, и подвод

пара в камеру разгрузки осуществлялся только через зазор по

штоку. Потом об этом забыли (плохая передача информации

последующему поколению!) и, чтобы уменьшить протечки по

штоку, от этого подвода отказались и изменили конструкцию.

В результате было совершенно неожиданным, когда на одной

из новых турбин клапаны ЦСД вдруг закрылись за 2 с, к счастью,

без каких-либо последствий. После этого стали выполнять

специальные отверстия, ограниченной площади, постоянно

впускающие пар в камеру разгрузки, эффект от которых

необходимо учитывать при расчёте отрывного усилия клапана.

В некоторых конструкциях, чтобы уменьшить отрывное усилие

клапана на открытие, эти отверстия начинали открываться

только после прохождения половины хода на открытие клапана

(клапаны ЦСД турбины К-500-166).

26 Глава 2

Рис. 2.6. Схемы разгрузки регулирующих клапанов:

а) традиционная схема разгрузки; ход разгрузочного клапана 16 мм;

б) новая схема разгрузки; ход разгрузочного клапана 4 мм;

в) изменение давления внутри чашки в зависимости от относительного

смещения чашки и штока

При отказе от поршневых колец, при применении

специальной подгрузки клапана положение улучшается.

Однако, если подгрузка не нужна по условиям отсутствия

вибрации, её лучше не выполнять. Она усложняет изготовление

и сборку клапана, т.к. требуется большая точность в

выполнении всех линейных размеров. Для клапанов больших

размеров проблема ещё более обостряется, т.к. площадь

Глава 2 27

зазоров не увеличивается пропорционально площади клапана.

Поэтому интерес может представлять в этом случае способ

подвода пара через разгрузочный клапан (рис. 2.6), при котором

при движении клапана на закрытие открывается допол-

нительный подвод пара в камеру разгрузки, при движении же

клапана на открытие дополнительный подвод полностью

закрывается [С6]. Такой способ был успешно реализован в РК

ЦВД турбины К-1000-65.

25 ___________________________________ Глава 3

Глава 3. Компоновка клапанов паровпуска

3.1. Расположение клапанов на цилиндре высокого

давления турбины, схемы привода и его

модернизация

Расположение регулирующих клапанов на цилиндре

турбины всегда является более предпочтительным с точки

зрения компоновки турбины, работы системы регулирования,

выполнения пусковых операций. Однако, не всегда это воз-

можно сделать по соображениям прочности или технологии

изготовления, а также и удобства управления этими клапанами.

Так, именно в связи с последним обстоятельством в турбине

К-500-166-1 регулирующие клапаны свежего пара на второй и

последующих турбинах были сняты с цилиндра, т.к. привод

4-х клапанов индивидуальными сервомоторами, требовавшийся

для реализации соплового регулирования, оказался очень

громоздким.

Турбины ЛМЗ на параметры пара 130 ата и ниже имеют

регулирующие клапаны свежего пара непосредственно на

цилиндре турбины и отдельно стоящие стопорные клапаны (один

или два). Четыре регулирующих клапана открываются

последовательно, реализуя принцип соплового регулирования.

Привод этих клапанов осуществлялся от одного сервомотора

через кулачково-распределительный механизм. В процессе

эксплуатации нередки были повреждения подшипников рычагов

клапанов, подшипников кулачкового вала, износ кулаков, осей и

т.п. Это происходило из-за больших статических нагрузок,

вибрации клапанов на отдельных режимах, а также из-за того,

что при заклинивании какого-либо клапана вследствие поломки,

например, поршневого кольца на детали клапана резко

возрастали нагрузки от сервомотора, который рассчитан на

Глава 3 ___________________________________________ 29

открытие всех 4-х клапанов (а

иногда и клапанов ЦСД).

Применение новых регу-

лирующих клапанов, спроекти-

рованных с соблюдением хотя бы

части выше приведенных реко-

мендаций, позволяет стабили-

зировать работу этого механизма.

Главное здесь - отсутствие виб-

рации клапанов и отсутствие порш-

невых колец, что практически

исключает заклинивание клапана.

Кроме того, возможно уменьшение

усилий сервомотора, т.к. увеличена

степень разгрузки. Опыт модер-

низации турбины К-200-130 под-

твердил полезность этих меро-

приятий. Однако, общие недо-

статки, связанные с силовым при-

Рис.3.1. РазрезР

высокого давлени

водом через кулачковые механизмы, остаются. Выполненная

рядом фирм на турбине К-200-130 модернизация привода этих

клапанов путём использования индивидуальных сервомоторов

на каждом клапане, даже при использовании масла высокого

давления, оказалась слишком громоздкой, связана с установкой

параллельной маслостанции для этих сервомоторов.

Оптимальной оказалась схема с применением двух

сервомоторов, установленных на нижних клапанах и управ-

ляющих ими непосредственно, а верхними клапанами - через

рычажные передачи. Схемы рычажных передач могут быть

разными, в зависимости от конструкции сервомоторов (рис. 3.1).

30 Глава 3

Рис. 3.2. Новая схема парораспределения ЦВД турбин 30... 140 МВт.

Её особенности:

- отсутствие кулачково-распределительного механизма;

- два сервомотора для последовательной подачи пара в 4-е группы

сопел;

- минимальные габариты